Voordat het periodiek systeem wordt bedacht, wordt eerst een andere belangrijke scheikundige ontdekking gedaan: het bestaan van de elementen.

De oude Grieken geloven al in het bestaan van elementaire deeltjes waaruit alles is opgebouwd. Zij hebben het over de elementen vuur, aarde, lucht en water. Ook spreken zij over ether als vijfde element. De Franse scheikundige Antoine Laurent Lavoisier (1743 - 1794) haalt dit idee onderuit door te bewijzen dat water te ontleden is in nóg kleinere deeltjes en daarom dus geen element is. Dat laat hij zien met een experiment, waarmee hij aantoont dat water bestaat uit de elementen waterstof (H) en zuurstof (O).

Het is onmogelijk om waterstof en zuurstof in nog kleinere stukjes te ontleden zonder dat ze hun kenmerkende eigenschappen (dus dat wat ze waterstof en zuurstof maakt) verliezen. Dat zie je ook terug in de definitie van Lavoisier. Hij beschrijft elementen als stoffen die niet verder chemisch te ontleden zijn. Elementen kunnen wel als bouwstenen dienen voor andere stoffen, ook wel moleculen genoemd, zoals watermoleculen en alcoholmoleculen. In essentie blijven de losse bouwstenen binnen zo’n stof altijd behouden. En ze kunnen dan ook altijd als aparte elementen worden teruggewonnen uit deze moleculen. Uit water kunnen dus altijd de elementen waterstof en zuurstof worden gewonnen.

Een element is een soort atoom. Atomen bestaan uit een kern, met daaromheen elektronenschillen. In een kern zitten (positief geladen) protonen en (neutrale) neutronen. Om de kern heen ‘vliegen’ (negatief geladen) elektronen. Het is te vergelijken met het zonnestelsel: om de zon draaien allemaal planeten in hun eigen baan. Bij een atoom zie je dat ook. Om de kern, die is opgebouwd uit protonen en neutronen, draaien allemaal elektronen in verschillende banen, elektronenschillen genoemd.

Het aantal protonen en elektronen in atomen van dezelfde soort is precies gelijk. De samenstelling van deze deeltjes binnen een atoom bepaalt welk element het atoom is. Zo is een atoom met één proton en dus één elektron het element waterstof, maar is een atoom met 79 protonen en dus 79 elektronen het element goud.

Het periodiek systeem der elementen is een schematisch overzicht van alle 118 bekende elementen. Het schept een logisch, geordend overzicht van deze elementen op basis van hun specifieke eigenschappen. De bekende Engelse wetenschapper en schrijver C.P. Snow omschreef het nut van het periodiek systeem als volgt: “Voor het eerst zag ik een samenraapsel van willekeurige feiten samenvallen in een logische volgorde. Alle wetenswaardigheden en formules van de anorganische scheikunde zoals ik die ken uit mijn jeugd, leken zich voor mijn ogen ineens in het schema in te passen – alsof je voor een jungle staat die plotseling verandert in een keurige tuin.” 

Het periodiek systeem wordt vaak vergeleken met ons alfabet. De 26 letters uit dit alfabet kun je combineren tot een oneindig aantal mogelijke woorden. Woorden variëren in lengte, het aantal keer dat dezelfde letter erin voorkomt, enzovoorts. Dat geldt eigenlijk ook voor het periodiek systeem, waar de letters in deze vergelijking staan voor de afzonderlijke elementen.

De logische ordening maakt het periodiek systeem een belangrijk handvat voor scheikundigen. Als het periodiek systeem niet bestond, zou je van elk element apart de eigenschappen moeten opzoeken. Nu vertelt één blik op dit systeem je heel veel over een element. Je kunt er op drie verschillende manieren naar kijken: naar de kolommen, naar de rijen en naar de verschillende kleuren.

Zo hebben elementen in één kolom, ook wel groep genoemd, allemaal hetzelfde aantal elektronen in hun buitenste schil. Dat aantal loopt op van links naar rechts. Als je weet hoe hoog dit aantal voor elke groep is, weet je dus hoeveel elektronen elk element in die groep in zijn buitenste schil heeft. Dit aantal zegt je weer iets over hoe goed de elementen reageren met andere elementen (dus: hoe goed ze moleculen vormen met andere elementen).

Verschillende scheikundigen hebben zich beziggehouden met het maken van een bepaalde ordening van de elementen. De eer voor het bedenken van het periodiek systeem gaat echter naar de Rus Dmitri Mendelejev (1834-1907). Wanneer hij in 1863 in Sint-Petersburg als hoogleraar in de chemie les gaat geven, ontbreekt volgens hem een studieboek dat de principes van de algemene scheikunde goed uitlegt. Daarom besluit hij het zelf te schrijven. Tijdens het schrijven van dit werk, Principles of Chemistry, bedenkt hij in 1869 een ordening van de elementen die op dat moment bekend zijn. Hij schrijft de elementen en hun eigenschappen op aparte kaartjes en probeert ze zo te rangschikken. Hij ontdekt dat er een logische volgorde te maken is en is meteen overtuigd van zijn eigen gelijk:

Het periodiek systeem zoals Mendelejev het bedacht ziet er iets anders uit dan het periodiek systeem dat vandaag de dag wordt gebruikt. Hoewel een aantal dingen hetzelfde is gebleven (rangschikken op eigenschappen, families en groepen), is er ook een en ander veranderd.

De belangrijkste verandering is die van de ordening van alle elementen. Mendelejev rangschikte de elementen op atoommassa. Deze volgorde wordt lang aangehouden, maar naarmate meer elementen worden ontdekt, blijkt met deze rangschikking de volgorde verticaal niet helemaal meer te kloppen. Normaal zouden namelijk alle atomen met dezelfde eigenschappen boven elkaar moeten staan, maar dat is ineens niet meer het geval. Besloten wordt de elementen niet te rangschikken op atoommassa, maar op atoomnummer. Dat staat voor het aantal protonen in de kern en is in principe gelijk aan het aantal elektronen in de schil van het atoom. Met deze rangschikking klopt het periodiek systeem weer precies.

Op 30 december 2015 worden de laatste elementen aan het periodiek systeem toegevoegd. Het gaat om nummer 113, 115, 117 en 118. Is het periodiek systeem dan nu vol? Niet per se. In theorie is het mogelijk om het volgende element in de reeks, nummer 119, te maken in een laboratorium. Het maken van een nieuw element gebeurt door twee elementen met een hoge snelheid op elkaar af te vuren. Het aantal protonen in de kern bepaalt het atoomnummer, dus als je atoomnummer 119 wilt maken zal je twee elementen op elkaar af moeten vuren die bij elkaar precies 119 protonen hebben. Het nadeel: dat kost heel veel energie. Ook is zo’n element heel instabiel, waardoor het na het ontstaan bijna meteen weer uit elkaar valt. Toch proberen wetenschappers dit voor elkaar te krijgen in de hoop zo meer inzicht te krijgen in hoe verschillende elementen toegepast kunnen worden. Enkele bekende toepassingen van elementen die eerder zijn gevonden, zijn het gebruik van americium in rookmelders, en van californium in de medische wereld, bij bestraling van bijvoorbeeld baarmoederhalskanker of hersentumoren.

Ieder nieuw ontdekt element moet natuurlijk een naam krijgen. In het verleden zijn dezelfde elementen weleens op verschillende plekken rond dezelfde tijd ontdekt. Dan kon het gebeuren dat één element meerdere namen kreeg. Om dat te voorkomen, is er een periode ingesteld waarin namen kunnen worden voorgesteld. De ontdekker neemt daarin het eerste initiatief. Tot die tijd krijgt het element een tijdelijke naam. Zo heet element 113, voor het de definitieve naam nihonion krijgt, tijdelijk ununtrium: een verzonnen naam geïnspireerd op de Latijnse benaming voor de getallenreeks 1-1-3. In het Nederlands zou dit eeneendrie-um zijn.